Оренбургский государственный университет

Разработка метода управления параметрами фотовольтаических элементов на основе диоксида титана за счет внедрения плазмонных наносистем с перспективой создания более эффективных солнечных ячеек Гретцеля

Номер проекта № СП-1340.2015.1

Руководитель — канд. физ.-мат. наук старший научный сотрудник Кислов Д.А.

Наиболее важные результаты

1. Изучены основные принципы работы фотовольтаических ячеек на основе нанокристаллического диоксида титана.
2. Используя математическую модель, на основе уравнения диффузии с рекомбинационным слагаемым произведено вычисление основных характеристик ячеек Гретцеля.
3. В результате исследования показано, что одним из механизмов влияния плазмонных наночастиц серебра на параметры работы фотоячеек является плазмонное усиление поглощательной способности молекул красителя.
4. При помощи модели, разработанной профессором Кучеренко М.Г., было проведено математическое описание влияния наночастиц металла на поглощающую способность молекул органического красителя. Рассчитаны усиленные спектры поглощения системы краситель — наночастица, которые использовались в дальнейших расчетах параметров работы солнечных ячеек.
5. Показано влияние наночастиц серебра и золота на стационарный режим работы. Рассчеты дают прирост КПД до 20 % в случае использования наночастиц золота и увеличение в 2 раза для наночастиц серебра.
6. Проведено сравнение расчетов с экспериментальными данными, показывающее хорошее качественное и количественное согласование.

Основные результаты исследования опубликованы в работах:

- cтатьи, индексирующиеся в базах Scopus, Web of Science:

1. M.G. Kucherenko, D.A. Kislov Features of plasmon-activated intermolecular nonradiative energy transfer in spherical nanoreactors // The Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 2017 (в печати) https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.10.020.
2. M.G. Kucherenko, A.P. Rusinov, D.A. Kislov Calculation of field characteristics in periodic nanostructures from composite elements with activated plasmon modes // Knowledge_E, 2017 (в печати).
3. D.A. Kislov Taking into account the increase in the dye molecules absorptivity in modeling of graetzel solar cell with metallic nanoparticles // Knowledge_E, 2017 (в печати).

- публикации в изданиях РИНЦ:

1. Кучеренко М.Г., Кислов Д.А. Плазмон-активизированный межмолекулярный безызлучательный перенос энергии в сферических нанореакторах // Сб. науч. тр. 6-й Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике, Москва, МИФИ, 1–3 февр. 2017 г. С. 408–409.
2. Кислов Д.А. Моделирование солнечных ячеек Гретцеля c плазмонными наночастицами серебра // Сб. науч. тр. 6-й Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике, Москва, МИФИ, 1–3 февр. 2017 г. С. 400–401.
3. Кислов Д.А. Учет увеличения поглощательной способности молекул красителя при моделировании солнечных ячеек Гретцеля c металлическими наночастицами // Сб. науч. тр. 7-й Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике, Москва, МИФИ, 24–26 янв. 2018 г. (В печати.)
4. Кучеренко М.Г., Русинов А.П., Кислов Д.А. Расчет характеристик поля в периодических решетках, составленных из металлических наностержней с активированными плазмонными модами // Сб. науч. тр. 7-й Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике, Москва, МИФИ, 24–26 янв. 2018 г. (В печати.)

- тезисы конференций:

1. Кислов Д.А. Исследование влияния плазмонных наночастиц серебра на фотоэлектрические свойства солнечных ячеек Гретцеля методом FDTD // Всерос. науч.-метод. конф. «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры», ОГУ, 2017. С. 1751–1758.
2. Русинов А.П., Кислов Д.А., Налбандян В.М. Разработка универсальной автоматизированной установки измерения угловых зависимостей // Всерос. науч.-метод. конф. «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры», ОГУ, 2018. (В печати.)
3. Кислов Д.А. Увеличение поглощательной способности молекул красителя в солнечных ячейках Гретцеля c металлическими наночастицами // Всерос. науч.-метод. конф. «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры», ОГУ, 2018. (В печати.)
4. Кучеренко М.Г., Русинов А.П., Кислов Д.А. Расчет характеристик поля в регулярных решетках из композитных наноэлементов с активированными плазмонными модами // Всерос. науч.-метод. конф. «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры», ОГУ, 2018. (В печати.)

- участие в конференциях:

1. VI Международная конференция по фотонике и информационной оптике, Москва, МИФИ, 2017 г. (устный и постерный, 2 тезиса).
2. Всероссийская научно-методическая конференция «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры», Оренбург, ОГУ, 2017 (устный, 1 тезис).